Generative Fertigung Wirtschaftliche Herstellung individueller Implantate

Für die Herstellung von individuellen Knochenersatzimplantaten wird das generative Fertigungsverfahren Selective Laser Melting angewandt. Das wirtschaftliche Anwendungspotenzial wird am Beispiel eines Hüftimplantates aus Titan und weiterer medizinischer Teile verdeutlicht.

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Der Absatz an metallischen Implantaten als Knochenersatz nimmt weltweit zu. In westlichen Ländern wird diese Entwicklung maßgeblich durch eine alternde Gesellschaft mit höherer Lebenserwartung und folglich einem größeren Bedarf nach künstlichem Gelenkersatz getragen. Insgesamt wächst die Anwendung von Implantaten aber vor allem aufgrund eines verbesserten Zugangs zu medizinischer Versorgung.

Technische Verbesserungen bei Implantaten gefordert

Aus medizinischer Sicht hat sich vor allem in Bereichen, in denen Implantate mechanische Lasten übertragen, unter anderem Titan als Werkstoff durchgesetzt. Trotz der (aus technischer Sicht) guten mechanischen Eigenschaften und Biokompatibilität weisen heutige Implantate Defizite auf:

• Gelenkersatzimplantate wie Hüftgelenke werden nach durchschnittlich 12 bis 15 Jahren ersetzt, weil sich das Implantat lockert. Grund dafür ist die langfristig unzureichende Verankerung zwischen Knochen und Implantat.
• Am Markt erhältliche Standardimplantate decken nicht die Versorgung von individuellen Knochendefekten ab, wie sie beispielsweise bei Knochentumorresektionen oder Traumata im Gesicht oder am Schädel auftreten. In diesen Fällen werden zeitnah geometrisch meist sehr komplexe Individualimplantate gebraucht, deren Herstellung auf konventionelle Weise sehr aufwendig und teuer sein kann.

Durch den Einsatz generativer Fertigungsverfahren können diese Defizite beseitigt werden. Generative Fertigungsverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass Bauteile schichtweise direkt aus 3D-CAD-Daten ohne formgebende Werkzeuge aufgebaut werden. Durch den schichtweisen Aufbau können nahezu beliebig komplexe Geometrien realisiert werden.

Generative Fertigungsverfahren bauen komplexe Geometrien schichtweise auf

Aufgrund dessen haben die generativen Fertigungsverfahren für die flexible und schnelle Herstellung von Prototypen, Einzel- und Kleinserienbauteilen eine respektable Marktdurchdringung erreicht. Eine wesentliche Voraussetzung für die Akzeptanz neuartiger Implantate auf Basis einer generativen Fertigungstechnik ist die Verwendung des etablierten Serienwerkstoffes Titan.

Für die Verarbeitung metallischer Werkstoffe hat sich das vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik entwickelte Verfahren Selective Laser Melting (SLM) etabliert. SLM ist ein pulverbettbasiertes Fertigungsverfahren, mit dem einkomponentige metallische Serienwerkstoffe defektfrei verarbeitet werden können. Dabei wird der fokussierte Laserstrahl genutzt, um selektiv die Schichtinformation aus einem 3D-CAD-Modell in die Schicht durch Schmelzen des Pulvers zu übertragen.

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